白庄矿煤层底板滞后突水防治技术研究

发布时间：2020-07-27 16:06

【摘要】：2016年1月25日4时15分,山东省肥城市白庄煤矿-430m水平东翼8105轨道顺槽里段发生底板特大奥灰突水事故。白庄矿位属华北石炭二叠系煤田,华北煤田产煤量占据了我国煤炭三分之一的总产量;但是,华北石炭二叠系煤田因其独特的岩溶水文地质条件,受深部奥陶系灰岩高承压水的危害显著,并且有着日趋严重的形势。深入开展奥灰突水事故机理研究与防治实践,以降低突水事故发生的频率或者杜绝突水事故的发生,避免给生产生活造成无法估量的经济损失和不利的社会影响。论文采用理论分析、数值模拟和工程实践应用等研究方法,以阐释白庄矿8105工作面特大底板突水事故机理为主旨,并工程实践了底板奥灰水害防治的关键技术,取得以下主要成果:(1)在矿井和工作面地质、水文地质条件分析基础上,初步分析8105工作面突水事故特点:8105工作面为叠加开采工作面,其上覆7101工作面已开采完成,8105工作面的突水点正好位于7101工作面停采线的正下方;突水时间距离上覆7101工作面停采时间为14天,矿压作用表现为突水的滞后性。(2)根据塑性滑移理论,对采煤工作面进行分区,将工作面划分为Ⅰ采前应力集中区、Ⅱ采中零位张裂区、Ⅲ采后膨胀卸压区、Ⅳ采空应力压缩稳定区等四个区域。然后依据底板零位破坏理论,对煤层采动影响造成的底板破坏深度进行计算,得出底板的最大破坏深度为15.2m。运用Ts临界突水系数进行假设,在理论上运用反证法证明了突水时煤层底板的隔水层具有不完整性,存在隐伏构造破碎带,使得底板的有效隔水层厚度小于实际厚度。由此,从理论上确定该次突水事故的原因为采动矿压作用下的底板隐伏构造奥灰突水。(3)通过RFPA~(2D)-Seepage数值模拟软件模拟了白庄煤矿工作面的推进过程中底板突水的演化过程。根据白庄井田地层综合柱状示意图的地层分布建立了数值模型,根据模拟结果分析了工作面底板的裂隙演变特征、采动应力分布规律和渗流特征,深入的研究了白庄煤矿8105工作面轨道顺槽里段的滞后突水机理。在煤层不断地回采过程中,工作面的底板会在矿压的影响作用下出现破坏带,并且破坏深度会逐渐增大。工作面底板与五灰含水层的承压水之间本身有足够安全厚度的隔水层,但是在向斜轴的轴部却存在一个隐伏构造破碎带。矿压作用打破工作面底板隐伏破碎带的水压压差平衡态,形成五灰含水层和奥灰水含水层的水利联系。底板的采动破坏深度和含水层的裂隙导升高度突然间增大,形成了一个联通的完整的突水通道。同时煤层底板由向斜轴轴部形成的隐伏断层构造破碎带经过7101工作面正下方的8105轨道顺槽里段,从而形成了8105轨道顺槽对五灰水进行截流,导致8105轨道顺槽突水,而7101工作面底板只有少量的渗流现象。(4)总结了白庄煤矿突水后底板向斜轴破碎带治理的关键技术,包括采用地面定向“截流巷道”注浆钻孔精准施工、引流注浆和反流堵源等。本次治理速度快、效果好,为恢复矿井安全生产节省了大量的时间。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD745
【图文】：

示意图,井田构造,纲要,示意图

之间形成地垒，白庄井田构造情况如图2-2 所示。图2-2 白庄井田构造纲要示意图Figure 2-2 Schematic diagram of baizhuang well field structure由图 2-2 可以看出，白庄井田内褶曲主要受大断裂控制，在较大的断层附近

等高线图,等高线图,工作面,线距

采线距 8105 工作面切眼水平距离 320 米），相对区域 7 煤层西邻 7103 工作面于2011 年 4 月 26 日回采完毕，8107 工作面于 2013 年 8 月 10 日回采完毕。图3-1 七煤底板等高线图Figure 3-1 Seven coal floor contour map

等高线图,等高线图,顺槽,突水系数

3 8105 工作面轨道顺槽里段突水原因理论分析19图3-2 八煤底板等高线图Figure 3-2 eight coal floor contour map突水地点位于白庄煤矿-430m 水平东翼一采区 8105 轨道顺槽里段，7101 工作面正下方，突水位置如图 3-3 所示。根据 12 个五灰钻孔数据显示，回采前 8105轨道顺槽的单孔水量最大为 30m3/h。7101 工作面五灰最大突水系数 0.049MPa，奥灰最大突水系数 0.059MPa，该面于 2015 年 10 月 25 日回采，2016 年 1 月 11日因煤质差停采，推采长度 230m。图3-3 工作面突水点示意图Figure 3-3 Working face water inrush point diagram本区域煤岩层整体呈向斜构造

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